熒光顯微鏡是生命科學研究領域應用最廣泛的光學顯微鏡之一，長期以來一直以高特異性和高信噪比著稱。從單細胞層面成像直至整個器官層面的成像都有著廣泛的應用。
 
傳統的熒光顯微鏡雖然有諸多的優點，成像范圍能覆蓋微米甚至厘米范圍內的大部分區間，但是最大的問題在于無法對納米級別的目標物進行成像分析，這是由光的衍射極限所決定的。常用的可見光的波長大約在600 納米左右，因此傳統的熒光顯微鏡的空間分辨率大約為波長的一半，也就是300 納米。這樣的成像分辨率極大的限制了對細胞內部亞細微結構(例如線粒體等細胞器)的觀察，也不利于對細胞內部各種生命過程的觀測與探索。
 
在這種情況下，超分辨熒光顯微鏡技術應運而生，并最終摘下2014年諾貝爾化學獎。超分辨熒光顯微鏡技術大體可分為自上而下的受激發射損耗熒光顯微術(STED)，結構光照明熒光顯微術(SIM)，以及自下而上的單分子定位熒光顯微術(SMLM)。
 
其中，單分子定位熒光顯微術借助光學或化學方法控制熒光分子在“亮”與“滅”這兩種狀態之間不斷的切換，使得某一時刻內只有極少數熒光分子在發光。這樣熒光分子之間信號不重疊，使我們能對單個熒光分子的熒光信號進行二維高斯擬合并精確定位。接著隨著時間不斷的累積單個熒光分子位置的信息，從而能最終獲得一張超高分辨率的點云(point cloud)形式的圖像。
 
目前單分子定位顯微術的空間分辨率最高可達5-10 nm，幾乎接近蛋白質分子的平均直徑大小，然而另一方面，目標分析物的性質通常是多維的，普通的單分子定位顯微術僅僅提供位置的信息，已經無法滿足提供多組分信息的成像需求。
 
例如，分析細胞膜磷脂雙層分子成分需要知道膜極性的信息，確認相分離狀態是否是液態則需要對擴散速率進行測量。在傳統的熒光成像領域已經開發出了一些特定的熒光分子和分析方法對這些性質進行定量化表征與成像，它們被稱為功能化的熒光成像技術。如果能借鑒這些技術進一步開發功能化的、能提供多組分性質信息的單分子定位顯微術，則將會對功能化成像的空間分辨率帶來納米尺度上的突破，使我們能觀測到納米尺度上一些前所未有的生命化學現象。這些多維的、功能化的單分子定位顯微術將是本次直播的主要介紹內容。